马拉硫磷作为广泛使用的有机磷农药，因难降解、易生物累积的特性，长期污染农田土壤与水体，传统化学修复易产生溴代或羟基化等有毒副产物，而单一微生物降解又受限于效率低、高浓度污染耐受差的瓶颈。近日，桂林理工大学李艳红研究团队在国际期刊《Talanta》（2026,297:128546）发表最新成果，通过铁氧化物-生物炭复合材料（FeO/C）优化奥奈达希瓦氏菌（S.oneidensisMR-1）的降解性能，结合响应面法（RSM）精准优化反应条件，并用代谢组学解析增效机制，在最优条件下实现马拉硫磷降解率提升至97.27%，且产物毒性显著降低，为有机磷农药污染修复提供高效、环保的技术方案。

马拉硫磷降解效率受浓度、温度、pH等多因素协同影响，传统单因素实验难以兼顾变量间的交互作用。团队通过“单因素预筛+响应面优化”两步法，先明确S.oneidensisMR-1单独降解的基础最优条件：当马拉硫磷初始浓度30mg/L、反应温度35℃、pH7时，4天内降解率即可超过90%，且菌株在pH5-8范围内保持稳定活性，适配多数自然水体的酸碱环境。

为进一步提升高浓度污染下的降解能力，团队针对“FeO/C+S.oneidensisMR-1”复合体系，采用Box-Behnken设计的RSM，以马拉硫磷降解率为响应值，优化初始浓度（A）、反应时间（B）、接种量（C）、FeO/C投加量（D）4个关键变量。通过DesignExpert软件拟合二次回归模型（预测R²=89.73%，校正R²=98.15%，模型高度显著），发现各因素影响权重为：反应时间（B）>接种量（C）>初始浓度（A）>FeO/C投加量（D）。最终锁定复合体系最优参数：马拉硫磷初始浓度51.3mg/L、反应时间3.7天、S.oneidensisMR-1接种量1%（v/v）、FeO/C投加量0.1g/L，在此条件下开展验证实验，实际降解率达97.27%，与模型预测值（99%，置信区间96.3%-100%）高度吻合，证实优化方案的可靠性。

为何FeO/C能显著提升降解效能？团队通过UPLC-ESI-MS/MS解析降解路径，结合代谢组学揭示核心机制：

1.路径优化：减少毒副产物，加速矿化

单独使用S.oneidensisMR-1时，马拉硫磷降解会产生微量高毒中间产物malaoxon（氧化脱硫产物），且降解路径以C-P键断裂为主，生成2-巯基琥珀酸二乙酯等中间物；而加入FeO/C后，体系中Fe(III)/Fe(II)循环介导Fenton反应，产生强氧化性羟基自由基（・OH），不仅加速马拉硫磷的P-S键氧化断裂，还减少malaoxon生成，转而生成琥珀酸（C₄H₆O₄）、硫代磷酸盐（H₂O₃PS⁻）等低毒或无毒产物。质谱数据显示，复合体系中马拉硫磷特征峰（m/z=331.044）强度较单独菌株组显著降低，证实降解效率提升的同时，环境风险大幅降低。

2.代谢调控：强化脂质与维生素代谢，提升菌株抗逆性

代谢组学分析发现，马拉硫磷胁迫下，S.oneidensisMR-1的脂质、维生素及辅因子代谢已出现激活（较空白组分别提升3%、4%）；而FeO/C的加入进一步放大这一响应，两类代谢产物含量分别增至5%、9%。其中，棕榈酸（log₂FC显著上调）作为细胞膜关键组分，可增强膜稳定性与流动性，缓解马拉硫磷对细胞膜的损伤；烟酰胺（NAD⁺前体）则通过补充胞内NAD⁺库，维持代谢稳态并清除过量活性氧（ROS），二者协同提升菌株在高浓度污染下的抗逆性。此外，苯丙氨酸代谢、核苷酸代谢通路的富集，也为菌株提供了充足的能量与解毒物质，保障降解过程持续进行。

相较于传统修复技术，“FeO/C+S.oneidensisMR-1”体系展现三大核心优势：

（1）条件温和：无需强酸强碱或高温，在近中性pH（5-8）、常温（35℃）下即可高效降解，适配自然水体与土壤环境；

（2）成本可控：FeO/C以竹加工废料为原料制备，兼顾“以废治废”与低成本，规模化制备潜力大；

（3）安全环保：降解产物以低毒小分子为主，无二次污染风险，且菌株易培养、可重复使用，降低运维成本。

该研究不仅阐明了FeO/C增强微生物降解马拉硫磷的分子机制，更通过响应面法建立了可复制的优化方案，为有机磷农药污染场地的工程化修复提供精准的技术参数与理论支撑。

研究得到国家自然科学基金（No.52070050）与广西自然科学基金（No.2020GXNSFAA159017）资助。文章链接：https://doi.org/10.1016/j.talanta.2025.128546。

图形摘要

（一审：胡婷；二审：李艳红；三审：黄亮亮）